应用案例 | Enclustra 水星Mercury+ XU1核心板将边缘人工智能送入卫星轨道

Klepsydra Technologies致力于实现卫星搭载的高效人工智能推理功能——例如支持基于图像的实时地理定位。

 

Klepsydra与Enclustra合作，将人工智能框架与紧凑型FPGA硬件平台相结合，为卫星打造出兼具成本效益与高性能的人工智能计算平台。以实时图像定位这类高要求任务为例，该系统在严格的航天系统限制条件下，成功实现了人工智能模型的机载运行，具备高吞吐量、极低CPU负载及稳定内存利用率等特性。

 

面临的挑战

 

太空环境意味着零妥协运行：电力供应有限、通信窗口受限、环境条件极端。客户需要一套能在卫星上确定、可靠地执行高计算强度AI推理的系统，且不致过载CPU或耗尽电力储备。

 

该应用需运行KamNet1 AI模型，通过处理实时图像确定卫星在地球上的位置——这要求系统具备高处理吞吐量和可预测的行为特性。

 

 

解决方案

 

Enclustra使用水星Mercury+ XU1核心板系统级模块（SoM）与Klepsydra AI相匹配，该模块基于AMD的Zynq UltraScale+ MPSoC构建。系统直接在板载运行KamNet（一种经过地理定位训练的卷积神经网络）。推理管道的关键环节通过基于FPGA的数据处理单元（DPU）在可编程逻辑中执行，从而降低CPU负载并实现并行处理。

 

水星Mercury+ XU1核心板

 

Klepsydra AI的设计重点在于确定性行为、低内存波动性和实时性能。结合Mercury+ XU1的FPGA加速与I/O灵活性，最终打造出紧凑而强大的AI系统，完美适配轨道环境部署需求。

 

水星Mercury+ XU1亮点

 

紧凑型高性能硬件

Mercury+ XU1尺寸仅为74×54mm，在节省空间的设计中实现了卓越的计算密度。

强劲计算架构

基于AMD Zynq UltraScale+ MPSoC构建，融合可编程逻辑与四核ARM Cortex-A53、双核ARM Cortex-R5及Mali-400 GPU。

FPGA加速AI运算

将高负载AI推理任务卸载至FPGA架构，实现并行执行、高吞吐量及极低CPU占用率。

高速内存与I/O

支持最高4 GB DDR4 SDRAM内存，提供千兆以太网、USB 3.0、PCIe Gen2及DisplayPort等丰富接口。

长期可靠性

采用工业级强固设计，确保产品拥有长生命周期，适用于航空航天、国防及远程边缘部署场景。

灵活的操作系统兼容性

可无缝适配多种嵌入式操作系统，简化跨行业系统集成。

 

Mercury+ XU1上视图

 

Mercury+ XU1底视图

 

应用领域

 

除上述卫星定位应用外，搭载了Enclustra Mercury+ XU1系统级模块的Klepsydra人工智能技术在以下行业具有广泛应用前景：

 

航空航天：在卫星或无人机载平台上直接实现船舶、车辆等目标的探测与分类。支持自主导航机动、故障检测、带宽分配优化、信号干扰预测规避等多项功能。

国防领域：赋能现代作战系统，实现自主车辆操作、目标识别、集群作战、威胁探测、边界安防及网络安全防护等能力。

工业自动化：复杂机械的预测性维护，工厂车间过程数据的分析与响应，故障流程检测与自动修正，联网系统的网络安全威胁防护。

物联网：通过传感器端直接数据分析降低带宽消耗并提升可靠性，仅传输有效信息同时过滤噪声，实现低功耗远程系统监控并延长电池寿命。

医疗健康：依托设备端安全数据处理实现合规的个人健康设备，同时支持实时监测患者病情恶化趋势。

 

Mercury+ XU1结构框图

 

成果与展望

 

该概念验证证明：利用商用FPGA模块可在轨道环境中独立实现实时AI地理定位。

 

Klepsydra AI与Enclustra 水星Mercury+ XU1核心板的协作开辟了新领域：即使在极端环境下，也能在边缘实现可靠、确定性的AI推理。

 

随着人工智能驱动的自主系统成为航空航天、国防及工业领域的基石，Mercury+ XU1提供了可扩展且面向未来的坚实基础，将尖端智能推向数据生成源头——无论是在陆地、海洋还是太空轨道。